Исследователи берутся за опасные, но малоизученные биоплёнки

Биоплёнки — колонии микроорганизмов, таких как бактерии, которые растут вместе в матриксе, производимом самими клетками, — до сих пор были плохо изучены. При этом они могут быть дорогостоящими и опасными. Инфекции, связанные с операциями по замене тазобедренного и коленного суставов, часто связаны с биоплёнками. Кроме того, биоплёнки обладают высокой устойчивостью к антибиотикам. Клетки-персистеры фактически впадают в спячку во время лечения, а когда лечение прекращается, возвращаются и восстанавливают популяцию. Биоплёнки в нефте- и водопроводах могут разъедать металл изнутри, разрушая инфраструктуру и потенциально внося загрязняющие вещества в водоснабжение.

Разработка эффективных способов контроля биоплёнок начинается с понимания сложной коммуникации между клетками биоплёнки, а также взаимодействий между бактериями и клетками хозяина.

При поддержке Управления новых исследовательских направлений в Инженерном директорате Национального научного фонда (NSF) одна из исследовательских групп, работающих над углублением понимания биоплёнок, возглавляется Дакеном Реном и его коллегами из Сиракузского университета: Ребеккой Бейдер, Ян-Йонгом Луком, Радхакришной Сурешкумаром и Роем Уэлчем.

Команда создаёт синтетические биоплёнки, чтобы лучше понять их формирование и поведение. А также использует суперкомпьютерные модели для изучения молекулярной структуры биоплёнок.

«С помощью моделирования методом молекулярной динамики мы с коллегами из исследовательской группы Сурешкумара исследуем взаимодействие между клеткой хозяина, сигнальными факторами и матриксом бактериальной биоплёнки на основе компьютерных моделей основных компонентов клетки хозяина и матрикса биоплёнки, — объясняет Стивен ДеСальво, студент бакалавриата, работающий над моделированием. — С помощью этих симуляций можно анализировать деформацию липидного бислоя, энергии транслокации и характеризацию полимерной матрицы. Реальная сила этих методов моделирования заключается в использовании физических взаимодействий между компонентами системы, описанных с помощью симуляций, для получения ценной информации о явлениях, наблюдаемых в лаборатории биоплёнок. В конечном итоге как качественные, так и количественные результаты моделирования могут помочь исследованиям терапии биоплёнок и клеток-персистеров, а также будущим прорывам в доставке лекарств».

Исследователи работают над широким спектром подходов к разрушению биоплёнок — от прерывания клеточной коммуникации до манипулирования клетками-персистерами, чтобы сделать их более уязвимыми для антибиотиков. В этой междисциплинарной среде идеи заразны!